JOS学习笔记（十）

神说、进程要有多个、可以分片、切换、互不影响． 
并要支持多任务、多处理器并行．事就这样成了。 
 于是　神造了多个内核栈，又开辟多个寄存器。 
 就把这些摆列在内存里、内核空间里、 
管理多核，分别任务．　神看着是好的． 

有晚上、有早晨、是第四日。 

博主写完论文，又写了个简单的编译器，然后回来再拾起来差点烂尾的JOS发现代码已经完全看不懂了，花了一整天时间复习之前自己写的博客，才勉强做了实验四的一点。

本篇博客内容对应课程地址（http://pdos.csail.mit.edu/6.828/2011/labs/lab4/）locking标签之前的内容，也就是多核CPU的初始化工作。博客分以下2部分来进行阐述，1、多核启动流程，2、实验部分

1、多核CPU启动流程

在内核加载和进行初始化时，即便是有一个多核CPU，也只能使用一个核，为了和JOS实验中的描述一致，我们这里暂且把多个核（Core）称之为多个CPU。

内核启动过程中用于执行代码的CPU叫做bootstrap processor (BSP)，其它还未被使用的CPU叫做application processors (APs)，所以在内核执行的时候必然会有的一个过程就是使用BSP来激活AP的过程。

对应JOS代码是init.c中的init主函数，其关键片段如下：

lab2的 mem_init，lab3的env_init和trap_init，lab4的mp_init和lapic_init在这之后需要补充一个Big kernel Lock 暂时不用管，然后boot_ap函数启动所有的CPU，接着有多少个CPU就建立多少个ENV。

在启动过程中，mp_init和lapic_init是和硬件以及体系架构紧密相关的，通过读取某个特殊内存地址（当然前提是能读取的到，所以在mem_init中需要修改进行相应映射），来获取CPU的信息，根据这些信息初始化CPU结构，大致流程就是这样，博主因为能力所限，这部分就不进行详细分析了。

boot_ap是个很有趣的函数。在函数中首先找到一段用于启动的汇编代码，该代码和上一章实验一样是嵌入在内核代码段之上的一部分，其中mpentry_start和mpentry_end是编译器导出符号，代表这段代码在内存（虚拟地址）中的起止位置，接着把代码复制到MPENTRY_PADDR处。随后调用lapic_startap来命令特定的AP去执行这段代码。

这段汇编（mpentry.S）中所做的工作和entry.S所做的工作基本相同。需要注意的一点是每个CPU都有自己的寄存器和栈，需要启动的AP目前还处于实模式，并且内存也没有开启分页，因此所有和符号地址相关的操作都要非常谨慎的转换为物理地址。

之后控制流跳转到mp_main，值得注意的是从mpentry.S开始这些代码都是执行在AP上的，此时BSP正在等待（while循环）AP启动成功。在mp_main里可以看到AP初始化自己的env,trap等，接着改变自己的cpu数据结构中的cpu状态标志为启动成功，然后进入死循环空转。BSP得到AP启动成功的信息后接着尝试启动下一个AP。

整个启动流程大概就是如此，下面进入实验过程。

2、实验

2.1 

第一个任务是因为我们把代码拷贝到了MPENTRY_PADDR处，所以要在初始化Page的时候把这一页从Page_Free_List中取出来，以防止该页被分配出去导致代码拷贝的失败进而不能正确启动AP。

只需要在pmap.c的page_init函数的最后加上以上几行代码，首先获取该地址对应的Page结构，然后从page_free_list中剥离就行。

如果正确的话，此时应该能通过check_page_free_list函数

2.2 

第二个实验要求为每一个核映射其内核栈，也就是对于编号为i的cpu，需要映射KSTACKTOP-i*(KSTKSIZE+KSTKGAP)-KSTKSIZE 到KSTACKTOP-i*(KSTKSIZE+KSTKGAP) 这块虚拟地址空间到符号percpu_kstacks[i]所对应的物理地址处，改变mp_mem_init函数，代码如下：

值得注意的是，虽然课程中说此时应该可以通过check_kern_pgdir，但实际上是通不过的。原因在于BSP的内核栈被映射了两次，第一次是在lab3中将内核栈映射到了bootstack，当时只有一个CPU，自然映射的是BSP的堆栈；第二次是在我们刚才写的代码里，将BSP（也就是cpunum()==0的CPU）的内核栈映射到了percpu_kstack[0]。诡异的是bootstack地址不等于percpu_kstack地址，而check_kern_pgdir里居然要求两种映射都存在的情况下才能通过。这显然是不可能的，感觉是JOS实验设计中的一个疏忽吧。因此我把检查bootstack的那段代码注释掉了，这样才得以通过。

2.3

第三个实验是需要完成trap_init_percpu()函数，给相应的CPU加载正确的TSS段选择子，代码如下：

根据函数中的暗示+照葫芦画瓢，不难把代码改成上述的样子。

至此就完成了LAB4的PART A的一小部分，运行目前的OS可以看到（使用make qemu CPUS=4）可以发现创建了9个env，然后出现了未定义的sys_call，系统panic。